一种气浮无接触输运系统建模及控制策略研究

为满足硅片、食品等行业运输易损或清洁产品的需要,提出一种完全无接触式气浮输运系统。该系统通过气膜将物体与输运装置表面分离并利用气体流动产生的黏性牵引效果来移动物体。基于计算流体动力学(Computational fluid dynamics,CFD)数值仿真揭示的流场情况对输运平台表面区域进行划分,在此基础上建立承载力和黏性力的理论模型。构建试验装置分别测量悬浮高度及黏性力相对于吸气流量的关系,悬浮高度随吸气流量增加而降低,黏性力随吸气流量增加而增大,仿真与试验结果对比表明承载力与黏性力理论模型准确有效,平均误差小于5%。针对一维位置控制,设计基于回路成形方法的H_(∞)鲁棒控制器,选取4种不同尺寸和重量的物体进行输运试验。结果显示,输运物体均能够被移动到目标位置,静态定位误差小于0.5 mm。H_(∞)鲁棒控制器能够保证定位控制的稳定性,与应用PID控制器的阶跃响应结果对比表明其能够有效减小静态误差。